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Résolution du problème de flot à coût minimum

Dans le document 7. Probème de flot à coût minimum (Page 37-60)

• Nous utilisons la variante du simplexe pour les problèmes de

programmation linéaire avec variables bornées pour résoudre le problème de flot à coût minimum (FCM):

E

• Pour analyser une itération, supposons que nous disposons d’une solution de base réalisable x du problème.

Donc les variables hors base xij

sont telles que

xij = 0 ou dij. Les variables de base xij

correspondent aux arcs E(T) d’un arbre partiel T du réseau

Critère d’entrée associées aux arcs

T ij

ligne i

ligne j

ij

Puisque pour un arbre

(# d’arcs) = (# de sommets) –1 le système précédent comportent

(m – 1) équations associés aux arcs et m inconnus πi associés aux sommets i de T ( ou de A).

Or puisque toute sous matrice (m – 1)x(m – 1) de la matrice

d’incidence de T est non

singulière, il suffit de fixer la

valeur d’un des multiplicateurs et d’évaluer les autres avec le

système d’équations.

) ( )

, (

0 i j E T

c

cij ij i j

) ( )

,

(i j E T

Or puisque toute sous matrice (m – 1)x (m – 1) de la matrice

d’incidence de T est non

singulière, il suffit de fixer la

valeur d’un des multiplicateurs et d’évaluer les autres avec le

système d’équations.

Le système d’équations étant triangulaire, les multiplicateurs sont très simplement évalués séquentiellement un à un.

) ( )

, (

0 i j E T

c

cij ij i j

Reprenons notre exemple

Après avoir déterminer les valeurs des multiplicateurs, déterminons les coûts relatifs

des variables hors base associées aux arcs qui ne font pas partie de l’arbre partiel T.

Revenant à notre exemple

Après avoir déterminer les valeurs des multiplicateurs, déterminons les coûts relatifs

des variables hors base associées aux arcs qui ne font pas partie de l’arbre partiel T.

Critère d’optimalité

Sinon choisissons une des variables (admissibles) xij où le critère n’est pas satisfait comme variable d’entrée.

Si la variable admissible xij = 0, alors sa valeur augmente, et si la valeur de xij = dij, alors sa valeur diminue.

Après avoir déterminer les valeurs des multiplicateurs, déterminons les coûts relatifs

des variables hors base associées aux arcs qui ne font pas partie de l’arbre partiel T.

Revenant à notre exemple

x21 est admissible à augmenter x est admissible à diminuer

Critère de sortie

Nous voulons évaluer l’effet de la modification de la variable d’entrée sur les variables de base.

Il est facile de vérifier que seules les valeurs du flot des arcs du cycle fondamental associé à l’arc de la variable d’entrée sont modifiées.

Revenant à notre exemple:

x3t est une variable d’entrée

Il faut déterminer la plus grande modification θ de la valeur de la variable d’entrée avant que

i) la valeur d’une variable de base xij diminue à 0;

ii) la valeur d’une variable de base xij atteigne sa capacité dij;

iii) la valeur de la variable d’entrée passe d’une borne à l’autre.

Si le cas i) ou ii) limite la modification θ de la variable

d’entrée, la variable de base xij sort de la base pour être remplacée par la variable d’entrée. La nouvelle base correspond à un nouvel arbre partiel T ' où l’arc (i, j) dans T est remplacé par l’arc de la variable d’entrée.

Si le cas iii) se produit, il suffit d’ajuster les valeurs du flot sur les arcs du cycle fondamental et de procéder à la prochaine itération avec la même base.

Complétons la résolution de notre exemple. La variable d’entrée x3t

diminue de θ.

La plus grande valeur que θ peut prendre est θ = 2 car alors le flot dans l’arc (1, t) atteint la capacité d1t = 2.

La variable x1t est remplacé par la variable x3t dans la base.

La nouvelle solution et l’arbre partiel associé à la nouvelle base deviennent

4-θ 4-θ

4-θ

0+θ 0+θ

Complétons la résolution de notre exemple. La variable d’entrée x3t

diminue de θ.

La plus grande valeur que θ peut prendre est θ = 2 car alors le flot dans l’arc (1, t) atteint la capacité d1t = 2.

La variable x1t est remplacé par la variable x3t dans la base.

La nouvelle solution et l’arbre partiel associé à la nouvelle base deviennent

Deuxième itération : Critère d’entrée

Déterminons les multiplicateurs en solutionnant le système:

Nous pouvons déterminer les multiplicateurs en utilisant

directement la représentation de l’arbre partiel en utilisant la

définition des coûts relatifs

Évaluons maintenant les coûts relatifs

des variables hors base 2

3

Puisque x1t = 2 = d1t et , alors x1t n’est pas admissible.

Par contre x21 = 0 et , et ainsi x21 est variable d’entrée.

2 3

1 4 1

0 2 1

1 2

5 2

1 1 1

1 2

21 21

t t c t

c

c c

1

1t   c

21  1 c

Puisque x1t = 2 = d1t et , alors x1t n’est pas admissible.

Par contre x21 = 0 et , et ainsi x21 est variable d’entrée qui

augmente.

Le cycle fondamental correspondant à l’arbre partiel devient

1 0

2 1

1 2

5 2

1 1 1

1 2

21 21

t t c t

c

c c

1

1t   c

21  1 c

Critère de sortie

Évaluons la plus grande valeur que peut prendre l’augmentation θ de la variable d’entrée.

Alors θ = 2 puisque pour cette valeur, xs1 = 2 – 2 = 0

x21 = 0 + 2 = 2 = d21.

Nous pouvons poursuivre avec la même base puisque x21 = 2 = d21. Nous préférons considérer xs1 comme variable de sortie.

La nouvelle solution et l’arbre partiel associé à la nouvelle base deviennent

2+θ 0+θ 2-θ

Critère de sortie

Évaluons la plus grande valeur que peut prendre l’augmentation θ de la variable d’entrée.

Alors θ = 2 puisque pour cette valeur, xs1 = 2 – 2 = 0

x21 = 0 + 2 = 2 = d21.

Nous pouvons poursuivre avec la même base puisque x21 = 2 = d21. Nous préférons considérer xs1 comme variable de sortie

La nouvelle solution et l’arbre partiel associé à la nouvelle base deviennent

Troisième itération : Critère d’entrée

Déterminons les multiplicateurs en en utilisant directement la

représentation de l’arbre partiel et la définition des coûts relatifs

Évaluons maintenant les coûts relatifs

des variables hors base

 0

La solution est optimale puisque

• L’adaptation de la méthode du simplexe est grandement simplifié grâce à la structure de la matrice d’incidence.

• Il y a beaucoup de dégénérescence dans ce type de problème. Ceci peut entraîner des itérations dégénérées (où les valeurs des variables ne

changent pas) tout simplement pour changer de base. Certains résultats existent pour guider le choix des solutions de base d’une itération à l’autre pour réduire le nombre d’itérations dégénérées.

Dans le document 7. Probème de flot à coût minimum (Page 37-60)

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